医用聚丙烯雾度性能的不确定度评价*

肖 娟，刘 佳，李 冰，鲁志龙，陈皓楠，徐昕荣

(华南理工大学，医疗器械研究检验中心，广东 广州 510006)

医用聚丙烯(PP)作为一种医用高分子材料，高程度结晶度的立体规整性、化学稳定性和热塑性等内在特性，使得其塑料制品被广泛应用于医药器械方面，如一次性注射器、输血管、输液管等[1-2]。由于此类制品一般会与人体(如体液、血液以及皮肤等)发生直接的接触并传输相应的液体，因此除了必须具备生物相容性外，还应考虑物理机械性能等影响[3-4]。依据国家标准GB 15810-2019《一次性使用无菌注射器》[5]，评价注射器的外观要求：须在一定的照度下，肉眼观察注射器的外套应有足够的透明度，能清晰地看到基准线；同时，能观察到注射器清洁度和完整度，特别针对微小的微粒、异物、毛边、毛刺、塑流、缺损等杂质或缺陷，也需达到清晰分辨。优异的光学性能是实现注射器外观检验的重要指标，这就对注射器具用塑料的物理机械性能中雾度特性提出具体使用需求。

雾度，通常表现为塑料内部或表面由于光散射造成的云雾状混浊的外观形态。特定光源的光透过平面状试样而偏离入射光方向的散射通量与透射光通量的比值通常用于定义材料的雾度，但实验中一般仅以偏离入射光2.5°以上的散射光通量计算雾度。它是用于评价塑料透光性和清澈程度的重要指标(ASTM D 1003-92)。

由于不同生产厂家采用了链聚方式、混合添加以及加工工艺等不同处理方式对聚丙烯进行改性，使得不同的聚丙烯塑料也就具有了不同的雾度性能[3,6-7]。普通聚丙烯材料的洁净卫生性能无法达到医疗器械制品的要求，兼之光学性能较差，因此，我国制定YY/T 0242-2007《医用输液、输血、注射器具用聚丙烯专用料》[8]的行业标准，作为对医用级聚丙烯材料光学性能的主要衡量标准。

医用材料性能的研究与质量标准的制定是研发过程中的重要研究内容之一，贯穿于研发与临床使用完整生命周期。在医用材料质量控制研究中，分析方法学的开发与验证具有严格的“把关”作用，是判断材料性能研究方法的科学、合理以及内在特性适用性的关键过程。本文依据JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》[9]及CNAS-GL009：2018《材料理化检测测量不确定度评定指南及实例》[10]对医用级聚丙烯材料的雾度测量不确定度进行分析，根据雾度的变化评判一次性注射器、输血管、输液管等医用聚丙烯塑料的光学性能检测过程影响因素以及试验方式是否合理做出预测；为正确评价和使用检测数据提供依据，对测量结果的质量，实验室检测能力提升具有重要意义。

1 仪器与材料

医用聚丙烯塑粒料，燕山石化；超纯水；SGW-820雾度测定仪，仪电物光；C光源(6774K)、A光源(2856K)，雾度分辨力0.01%。

2 实验方法

2.1 小方试片(D1型)的制备

取3.5 kg医用聚丙烯颗粒，采用《聚丙烯(PP)模塑和挤出材料 第2部分：试样制备和性能测定》(GB/T 2546.2)[11]及《热塑性塑料材料注塑试样的制备 第3部分：小方试片》(GB/T 17037. 3)[12]中规定的实验方法，制备D1型方片试样(60 mm×60 mm×1 mm)。选择无划痕、无可见缺陷的试片，使用去离子水清洁干净后吹干；将上述聚丙烯塑料片放置于恒温恒湿箱中，再按照《塑料 试样状态调节和试验的标准环境》(GB/T 2918-2018)[13]规定的标准环境，温度(23±2) ℃和相对湿度50%±10%的环境条件状态调节48 h。同时，在此标准环境条件下完成试验检测。

2.2 雾度测定

将仪器开机预热后，依次检查待检雾度片试片，确保试片无可见的灰尘、油污、异物、划痕、可见缺陷等；使用卡尺测量上述样品的长、宽、厚等样品尺寸；最后将被检医用聚丙烯塑料片放置于仪器测试窗口，记录测量雾度示值。

3 结果与讨论

3.1 不确定度来源分析——建立数学模型

医用聚丙烯塑料片雾度的测量方法采用雾度测定仪直接测量获得。因此，在标准环境(23/50，2级容差)条件下，雾度测量所带来的不确定度数学模型如下：

H=Hd

式中：H为医用聚丙烯塑料片雾度值；Hd为雾度测定仪仪器示值。

3.2 测量不确定度分量的评定

经分析，使用雾度测定仪对聚丙烯塑料片雾度的测量不确定度来源[14]主要包括以下四个方面：

(1)雾度检测中操作人员在重复性条件下引入的不确定度分量u1(Hd)：具体为采用同一个聚丙烯雾度片重复测量10次获得雾度仪器示值；这项指标，主要考察在同样的操作条件和较短时间间隔内，由同一分析人员在雾度测量时连续多次测量导致的所得结果之间一致性差异；由于是采用统计分析的方法来获得，可采用 A类评定方法(贝塞尔法)求出。

(2)聚丙烯塑料片样品不均匀性引起的标准不确定度分量u2(Hd)：具体为随机选取同一批次的10个聚丙烯塑料片，对每个样品在重复性条件下测量7次获得雾度仪器示值；主要考虑同一批样品雾度测量时导致的所得结果之间一致性差异。这项指标，既能检验样品本身雾度特性是否符合规定要求，也能检验雾度测定方法是否满足准确、精确的要求。使用统计分析的方法获得，采用 A类评定方法(贝塞尔法)。

(3)雾度检测中雾度测定仪测量准确性引入的标准不确定度分量u3(Hd)：这项指标，主要考察具体时间区间内，检测设备不同测试项目下的稳定性。使用经计量校准单位给出的仪器校准证书中扩展不确定度来计算，按B类方法评定。

(4)雾度检测中由雾度测定仪的分辨率引入的不确定度分量u4(Hd)：这项指标，主要考察检测设备不同测试项目下的精密程度。由数显测量仪器的示值量化引起，故采用B类方法评定。

3.3 各输入量的标准不确定度分量的评定

3.3.1 雾度值测量结果(Hd)测量不确定度的各影响量

(1)雾度检测中操作人员在重复性条件下引入的不确定度分量u1(Hd)。

采用C光源进行雾度测定，对同一个聚丙烯塑料片进行雾度测试，重复测量10次j=1、2、……、10)。所得的雾度测量数据如表1所示。

表1 聚丙烯塑料片操作人员雾度测量重复性

表1中，样品雾度算数平均值和标准偏差计算公式如下：

(1)

(2)

则采用A类贝塞尔法，雾度重复性测量的标准不确定度为：

(2)聚丙烯塑料片样品不均匀性引起的标准不确定度分量u2(Hd)

参照CNAS-GL03:2006《能力验证样品均匀性和稳定性评价指南》，随机选取同一批次的10个(i=1、2、……、10)聚丙烯塑料片，对每个样品在重复性条件下测量7次(j=1、2、……、7)。所得的雾度数据如表2所示。

表2 聚丙烯塑料片雾度测量重复性

如图1A所示，样品同一批次样品雾度稳定在15%±2%的区间范围内，表明同一批次样品雾度较均匀，且组间样品均值和方差差异较小。同时，每个样品的雾度值均具有独立性(图1B)，表明各个样品的雾度值均不受其它样品的影响。此外，如图1C所示，雾度平均值和标准偏差与样品大小没有明显的线性关系，但是总体样品的偏差维持在一定水平，表明样品总体的雾度均匀程度也是在一定范围之内的。

图1 分析同一批次的10个聚丙烯塑料片，重复性测量7次的雾度示值(A)，每组样品雾度平均值与标准偏差(B)，雾度平均值和标准偏差与样品大小的关系(C)

采用单因子方差分析法对上述雾度检测结果进行统计处理，分析结果见表3。

表3 雾度单因子方差分析

由表3可知，F临界值F0.05(9, 60)=2.04，而计算得到的F值为2.07，该值大于F临界值F0.05(9, 60)。这表明在0.05显著性水平下，此批次聚丙烯样品需要考虑由样品不均匀性引起的标准不确定度分量u2(Hd)。

按公式(3)计算10组样品每组7次独立测量的单个测得值的合并样本标准偏差为0.2442。

合并标准偏差：

(3)

(3)雾度检测中雾度测定仪测量准确性引入的标准不确定度分量u3(Hd)

雾度测定仪的校准证书给出的扩展不确定度为：U=0.4%，(k=2)。因此，仪器测量的标准不确定分量为：

(4)雾度检测中由雾度测定仪的分辨率引入的不确定度分量u4(Hd)

3.3.2 雾度值测量结果(Hd)的合成标准不确定度

表4 标准不确定度分量汇总

由于上述各标准不确定度分量相互独立，各不相关。因此合成不确定度uc(H)为各标准不确定度平方加和后开方所得，即：

=0.06%

3.3.3 雾度值测量结果(Hd)的扩展不确定度

在置信概率95%的情况下，使用雾度测定仪测定聚丙烯塑料片雾度值的包含因子k=2，则扩展不确定度U：

U=k×uc(H)=2×0.06%=0.12%

3.3.4 测量不确定度报告

此批次医用聚丙烯样品的雾度为H=(14.42±0.12)%，k=2。

4 结 论

根据上述计算结果可知，影响聚丙烯塑料片雾度测量不确定度的主要因素为仪器测量准性和操作重复性。因此在雾度检测实际操作过程中，首先要确保使用的测量仪器符合要求，可通过第三方检定校准以及定期参加测量审核或实验室间能力比对确保检测测量的准确性；其次，需注意筛选符合标准的实验片材，特别针对影响雾度值测量结果的外观(如灰尘、油污、异物、划痕、可见缺陷等)以及厚度因素应加以严格控制；最后，在人员操作过程中，须依据标准的实验操作方法实施来减少测量误差，必要时可通过增加测量的次数以获得较好的测量不确定度。在检验检测中，同步给出被测量试片的雾度最佳估计值和测量结果的标准不确定度，对评价检测报告的可靠性提供科学指导；同时，也为医疗器械厂家聚丙烯产品光学性能的质量评价提供可靠依据。